CN103682273A - 一种锂离子电池的锡碳复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池的锡碳复合材料的制备方法，包括如下步骤：（1）将苯二酚和甲醛溶解于乙醇中，加入催化剂，合成反应得到多孔高分子酚醛树脂，产物自然冷却并干燥后研磨成粉末；（2）取去离子水，加入盐酸以及SnCl3，搅拌至全部溶解后得到锡盐溶液；（3）将多孔高分子酚醛树脂粉末按质量比1∶2-1∶4加入到锡盐溶液中，浸泡4-8个小时后，搅拌并逐滴加入20-25wt%的氨水水溶液制得混合悬浮液，并用蒸馏水洗涤、干燥；（4）点燃干燥后的混合物，燃烧时的温度为600-700℃，即可生成锡碳复合材料。采用本发明的制备方法制备的锡碳复合材料，工艺简单、材料比容量高、循环稳定性好、使用寿命长。

Description

一种锂离子电池的锡碳复合材料的制备方法
技术领域
本发明涉及电池制备领域，尤其涉及一种锂离子电池的锡碳复合材料的制备方法。
背景技术
锂离子电池由于其能量密度高，循环性能好，自其商品化以来已经得到了广泛的应用，逐渐取代了传统的铅酸电池等化学电源。特别是随着能源与环境问题的日益凸显，新能源产业得到了越来越多的重视。目前，生产使用的锂离子电池主要采用石墨化碳为负极材料，但石墨类材料的储锂容量不高。锡碳复合材料由于具有很高的理论克容量(理论比容量为990mAh/g)，低的嵌锂电位，较其他金属基材料有更高的稳定性而备受瞩目。但锡碳复合材料与其他金属基材料一样，在脱嵌锂的过程中，存在着严重的体积效应，导致在充放电过程中材料的粉化脱落，造成容量的衰减，不仅降低了电池的效率和循环性能，而且存在严重的安全隐患。
因此迫切需要提供一种比容量高、循环稳定性好、使用寿命长的锂离子电池用锡碳复合材料。
发明内容
本发明的目的是提供一种锂离子电池的锡碳复合材料的制备方法，以制备具有比容量高、循环稳定性好、使用寿命长的锡碳复合材料的锂离子电池。
为了实现上述目的，本发明提供了一种锂离子电池的锡碳复合材料的制备方法，包括如下步骤：（1）将苯二酚和甲醛按摩尔比为1∶2.5溶解于乙醇中，加入催化剂，合成反应得到多孔高分子酚醛树脂，产物自然冷却并干燥后研磨成粉末；（2）取10-15质量份的去离子水，加入1-2质量份质量分数为37%的盐酸以及5-7质量份的SnCl3，搅拌至全部溶解后得到锡盐溶液；（3）将多孔高分子酚醛树脂粉末按质量比1∶2-1∶4加入到所述锡盐溶液中，浸泡4-8个小时后，搅拌并逐滴加入20-25wt%的氨水水溶液制得混合悬浮液，所加入氨水水溶液的量按全部沉淀溶液里的锡盐来计算并过量，将所得混合悬浮液过滤，并用蒸馏水洗涤、干燥；（4）点燃干燥后的混合物，燃烧时的温度为600-700℃，即可生成锡碳复合材料。
步骤（4）之后进一步包括：（5）将生成的锡碳复合材料加入蒸馏水中，利用频率为40-80Hz的超声波清洗至少二次后用离心机分离，分离后的产品在40-50℃温度下烘干。
其中，所述苯二酚的浓度为1-1.3mol/L，所述甲醛的浓度为1-2mol/L。
其中，步骤（1）中所述干燥是在80-120℃温度下真空干燥6-18小时，真空度为0.05-0.08MPa。
其中，步骤（3）中所述干燥是在80-120℃温度下真空干燥10-12小时，真空度为0.05-0.1MPa。
采用本发明的制备方法制备的锡碳复合材料，工艺简单、材料比容量高、循环稳定性好、使用寿命长。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明提供的锂离子电池的锡碳复合材料的制备方法做详细说明。
实施例一
制备多孔高分子酚醛树脂粉末
苯二酚和甲醛按摩尔比为1∶2.5溶解于乙醇中，其中苯二酚的浓度为1mol/L，甲醛为1mol/L。加入浓度在2mol/L的酸作为催化剂，合成反应得到多孔高分子酚醛树脂。产物自然冷却后捣碎，在80℃温度下真空干燥6小时，真空度为0.05MPa，研磨成粉末。
配置含锡的氯盐溶液
取10质量份的去离子水加入到烧杯中，加入1质量份质量分数37%的盐酸、5质量份的SnCl3，搅拌均匀使其全部溶解，得到锡盐溶液。
制备含锡高分子树脂
将制得的多孔高分子酚醛树脂粉末加入到准备好的锡盐溶液中，多孔高分子酚醛树脂粉末与锡盐溶液的质量比为1∶2。浸泡4个小时后，逐滴加入20wt%的氨水水溶液，在加入氨水水溶液的过程中剧烈搅拌，所加入氨水水溶液的量按全部沉淀溶液里的锡盐来计算并稍微过量，得到混合悬浮液。将所得混合悬浮液过滤，并用蒸馏水洗涤，80℃温度下真空干燥10小时，真空度为0.05MPa。
制备锡碳复合材料
将干燥后的混合物点燃，燃烧时的温度为600℃，即可生成多用途的锡碳复合材料。
清洗锡碳复合材料
将生成的锡碳复合材料加入蒸馏水中，利用频率为40Hz的超声波清洗2次，再将清洗后的产品用离心机分离，分离后的产品在40℃温度下烘干。
实施例二
制备多孔高分子酚醛树脂粉末
苯二酚和甲醛按摩尔比为1∶2.5溶解于乙醇中，其中苯二酚的浓度为1.3mol/L，甲醛为2mol/L。加入浓度在4mol/L的酸作为催化剂，合成反应得到多孔高分子酚醛树脂。产物自然冷却后捣碎，在120℃温度下真空干燥18小时，真空度为0.08MPa，之后研磨成粉末。
配置含锡的氯盐溶液
取15质量份的去离子水加入到烧杯中，加入2质量份质量分数为37%的盐酸以及5质量份的SnCl3，搅拌均匀使其全部溶解，得到锡盐溶液。
制备含锡高分子树脂
将制得的多孔高分子酚醛树脂粉末加入到准备好的锡盐溶液中，多孔高分子酚醛树脂与锡盐的质量比为1∶4。浸泡4个小时后，向溶液中逐滴加入25wt%的氨水水溶液，在加入氨水水溶液的过程中剧烈搅拌，所加入氨水水溶液的量按全部沉淀溶液里的锡盐来计算并稍微过量，制得混合悬浮液。将所得混合悬浮液过滤，并用蒸馏水洗涤，在120℃温度下真空干燥12小时，真空度为0.1MPa。
制备锡碳复合材料
将干燥后的混合物点燃，燃烧时的温度为700℃，即可生成多用途的锡碳复合材料。
清洗锡碳复合材料
将生成的锡碳复合材料加入蒸馏水中，利用频率为80Hz的超声波清洗4次，再将清洗后的产品用离心机分离，分离后的产品在50℃温度下烘干。
比较例
将四氯化锡溶解于乙醇中，形成均相溶液；将均相溶液点燃，燃烧时的温度为500℃，待溶液完全燃烧后，形成锡碳复合材料。其他的同实施例一。
分别采用实施例一、二和比较例的锡碳复合材料制成相同规格的负极板，再以锂片为对电极，电解液为1.5mol/L LiPF6的EC（乙基碳酸酯）+DMC（二甲基碳酸酯）（体积比1∶1）溶液，隔膜为celgard2400膜，在充满氩气气氛的手套箱内装配成CR2025型扣式电池，并在恒流0.2C的条件下进行循环性能测试。本发明所述实施例一和二制备得到的锡碳复合材料与比较例的锡碳复合材料相比，首次放电比容量提升了20%以上，循环寿命提高了50%以上。
以上所述仅是本发明的优选实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种锂离子电池的锡碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将苯二酚和甲醛按摩尔比为1∶2.5溶解于乙醇中，加入催化剂，合成反应得到多孔高分子酚醛树脂，产物自然冷却并干燥后研磨成粉末；
（2）取10-15质量份的去离子水，加入1-2质量份质量分数为37%的盐酸以及5-7质量份的SnCl3，搅拌至全部溶解后得到锡盐溶液；
（3）将多孔高分子酚醛树脂粉末按质量比1∶2-1∶4加入到所述锡盐溶液中，浸泡4-8个小时后，搅拌并逐滴加入20-25wt%的氨水水溶液制得混合悬浮液，所加入氨水水溶液的量按全部沉淀溶液里的锡盐来计算并过量，将所得混合悬浮液过滤，并用蒸馏水洗涤、干燥；
（4）点燃干燥后的混合物，燃烧时的温度为600-700℃，即可生成锡碳复合材料。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池的锡碳复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（4）之后进一步包括：
（5）将生成的锡碳复合材料加入蒸馏水中，利用频率为40-80Hz的超声波清洗至少二次后用离心机分离，分离后的产品在40-50℃温度下烘干。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池的锡碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述苯二酚的浓度为1-1.3mol/L，所述甲醛的浓度为1-2mol/L。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池的锡碳复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述干燥是在80-120℃温度下真空干燥6-18小时，真空度为0.05-0.08MPa。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池的锡碳复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述干燥是在80-120℃温度下真空干燥10-12小时，真空度为0.05-0.1MPa。
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